2014

KLOROPLAST DAN FOTOSINTESIS

Fotosintesis menyediakan makanan hampir bagi semua kehidupan di dunia baik langsung maupun tidak langsung.

Pada tumbuhan dan algae, fotosintesis terjadi pada organel intraseluler yang disebut kloroplast.

Kloroplast merupakan salah satu plastida pada tumbuhan, mengandung pigmen klorofil yang berfungsi menyerap energi cahaya matahari pada proses fotosintesis

Pendahuluan

Struktur ultra kloroplast

Membran thylakoid terdiri dari lamela grana (bertumpuk) dan lamela stroma (tidak bertumpuk)

Klorofil terletak di membran thylakoid, sehingga reaksi terang fotosintesis berlangsung di membran thylakoid

Reduksi carbon, yang dikatalisis oleh enzim-enzim yang larut dalam air, berlangsung di stroma

Stroma adalah bagian kloroplas diluar membran thylakoid

Kloroplast menggunakan mekanisme kimia osmotik untuk melakukan konversi energi spt mitokondria

Membran dalam membungkus stroma, analog dgn matrik mitokondria

Stroma, seperti matriks mitokondria, berisi enzim, ribosom, RNA dan DNA

Membran dalam kloroplast tidak berlipat dan tidak berisi rantai transport elektron, sebab rantai trasnport elektron terdapat pada membran tilakoid

ATP sintetase pd kloroplast menonjol ke stroma dr membran tilakoid, sedangkan pada mitokondria menonjol kedalam matrik dr membran dalam mitokondria

Beberapa persamaan dan perbedaan kloroplast dgn mitokondria

Dua katagori proses fotosintesis

1. Reaksi transfer elektron fotosintesis (reaksi terang). Klorofil memperoleh elektron dr air (H20) menghasilkan O2. Selama proses transport elektron ion H dipompa melewati membran tilakoid dan menghasilkan gradien proton elektrokimia yg memicu sintesis ATP pd stroma. Tahap akhir reaksi ini adalah elektron berenergi tinggi di berikan ke NADP dan merubahnya menjadi NADPH

2. Reaksi fiksasi karbon (reaksi gelap). ATP dan NADPH yg dihasilkan oleh reaksi transfer elektron fotosintesis digunakan sebagai sumber energi untuk merubah CO2 menjadi karbohidrat. Reaksi fiksasi karbon ini yg dimulai di stroma dan dilanjutkan di sitosol, menghasilkan sukrosa dan banyak molekul organik lain di daun.

6

Organisasi dalam membran thylakoidPusat reaksi fotosistem II (PSII), bersama dengan antena klorofil dan protein-protein yang berperan dalam transport elektron, terletak terutama di lamela grana

Pusat reaksi fotosistem I (PSI), bersama dengan antena klorofil dan protein-protein yang berperan dalam transport elektron; dan enzim-ezsim untuk sintesis ATP (coupling factor enzymes) terletak terutama di lamela stroma

Kompleks sitokrom b6f, yang menghubungkan dua sistem tersebut, tersebar merata.

Konsep-konsep dasar

• Ketika klorofil a (atau sembarang molekul) menyerap cahaya tampak, energi cahaya yang diserap menaikkan e- chl a ke tingkat energi yang lebih tinggi (excited state)

Konsep dasar transfer energi selama fotosintesis

Antena

Pusat reaksi

Molekul pigmen

Acceptor e -

Donor e -

Cahaya

Transfer eksitasi

Transfer elektron

Organisasi sistem antena penyerap cahaya

• Beberapa pigmen secara bersama berperan sebagai antena

• Energi ditangkap dan disalurkan ke pusat reaksi (rc) oleh sistem antena

• Ukuran antena: 200-300 chl/rc di tanaman tingkat tinggi

Organisasi sistem antena penyerap cahaya

• Beberapa pigmen secara bersama berperan sebagai antena

• Energi ditangkap dan disalurkan ke pusat reaksi (rc) oleh sistem antena

• Ukuran antena: 200-300 chl/rc di tanaman tingkat tinggi

Mekanisme transport elektron dan proton dalam fotosintesis

• Reaksi terang fotosintesis tersusun atas : PSII, sitokrom b6F, PSI dan ATP synthase.

• Organisasi kedua fotosistem dikenal dengan skema Z (Z scheme)

Gambaran skematik Z scheme

Transport elektron pada membran tilakoid

• PSI yang menyerap cahaya merah panjang (700 nm) menghasilkan reduktan kuat, yang mampu mereduksi NADP + menjadi NADPH di membran dekat stroma; dan menghasilkan pula oksidan lemah

• PSII (680 nm) menghasilkan oksidan kuat, yang mampu mengoksidasi H2O menjadi O2

di lumen thylakoid; serta menghasilkan reduktan lemah

• ATP dilepaskan ke dalam stroma melalui perpindahan H+ dari lumen ke stroma

17

• P680+ merupakan oksidan biologi paling kuat, yang cukup kuat untuk mengoksidasi air

• Oksigen dioksidasi di dalam PSII (fotolisis air)

• 2H2O O2 + 4H+ + 4 e-

• Proton yang terbentuk dari oksidasi air dilepaskan ke lumen thylakoid dan tidak secara langsung ke stroma

• Pada akhirnya proton akan dilepaskan dari lumen ke stroma melalui sintesis ATP

18

Pembentukan ATP

• Dari reaksi terang fotosintesis, sebagian energi yang diserap disimpan dalam bentuk NADPH, sebagian lain dari energi photon digunakan untuk membentuk ATP

• Pembentukan ATP dikenal dengan proses Fotofosforilasi

• Fotofosforilasi terjadi melalui mekanisme kemi- osmotik

• Mekanisme kemi-osmotik (chemiosmotic mechanism) didasarkan pada prinsip: bahwa perbedaan konsentrasi ion dan potensial elektrik diantara membran, merupakan sumber energi bebas

19

• ATP dibentuk oleh kompleks enzim yang dikenal memiliki beberapa nama: ATP synthase

• Enzim ini terdiri dari dua buah bagian yaitu bagian hidrophobic yang terikat membran disebut CFo dan bagian yang mencuat keluar membran disebut CF1

• CFo membentuk saluran menyeberangi membran, dimana proton mampu melewatinya

• CF1 merupakan bagian dari kompleks enzim yang membentuk ATP

Fiksasi karbon pada tanaman C3 dan C4

1. Tanaman C3 Reaksi pertama antara CO2 dengan RuBP

akan menghasilkan 2 PGA. Selanjutnya sebagian PGA diubah menjadi karbohidrat. Pada saat yang sama mungkin RuBP tidak bereaksi dg CO2, tetapi dengan O2 karena berlangsung bersama dg fotosintesis (proses fotorespirasi).

2. Tanaman C4 Pada beberapa jenis tumb.diketahui

senyawa pertama yg dihasilkan bukan PGA, tetapi asam dikarboksilat dg rantai C4. CO2 diikat oleh PEP oksaloasetat

Tumb.yg melakukan karboksilasi jalur C4 memp.struktur anatomi daun khususyg disebut tipe Kranz

Reaksi karboksilasi berlangsung di 2 bagian, yi kloroplas mesofil dan kloroplas selubung berkas pengangkut

Selamat Belajar